劣質(zhì)機(jī)制砂的來源、危害及案例分析

劣質(zhì)機(jī)制砂的來源、危害及案例分析

宋 笑

（湖南省建筑材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)；湖南省三樹骨料技術(shù)中心，湖南 長沙 410000）

【摘要】本文從監(jiān)管和控制措施方面、市場(chǎng)價(jià)格差及混凝土成本壓力方面、加工工藝和加工設(shè)備選擇方面、母巖種類和質(zhì)量因素等方面分析了劣質(zhì)機(jī)制砂的產(chǎn)生環(huán)節(jié)、危害，并提供案例分析。

關(guān)鍵詞：劣質(zhì)、機(jī)制砂、危害、案例。

1 概述

砂是構(gòu)成混凝土骨架體系的重要材料之一，對(duì)混凝土的工作性能、力學(xué)性能、耐久性能及長期性能起著非常重要的作用，以前我們主要用活水砂（flowing water sand，指主流沖刷下的天然河砂），活水砂經(jīng)過多年水流沖刷大浪淘沙后，留下來的都是精華，優(yōu)點(diǎn)多，如顆粒飽滿圓滑、強(qiáng)度高、含泥量少、雜質(zhì)含量少、不吸水不吸附外加劑等，缺點(diǎn)是各項(xiàng)指標(biāo)完全依賴于先天條件形成，不適宜后天花大力氣進(jìn)行深加工。但近年來的河砂質(zhì)量也存在諸多問題：目前湖南省的五大天然砂采區(qū)采挖的是沙洲砂（sand bar，指河流、湖泊、水庫中由水流、波浪作用堆積而成的泥沙質(zhì)小島）和深埋砂（deep sand，指河道水流以下隔著一層一定厚度土層結(jié)構(gòu)以下的砂卵石層，當(dāng)前采區(qū)土層厚度在10余米至30余米不等）。

2017年以來受環(huán)保壓力的影響，天然砂石開采逐漸被限制，機(jī)制砂石應(yīng)用越來越多，機(jī)制砂石作為加工產(chǎn)品按理說其質(zhì)量是可以滿足要求的，但目前機(jī)制砂石的質(zhì)量極不滿足要求，主要是以下幾點(diǎn)原因造成：一是制度缺失，機(jī)制砂的質(zhì)量管理與控制沒有引起足夠重視，連最基本的生產(chǎn)控制、出廠檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)都沒有；二是目前貨源緊張價(jià)格翻番的情況下，基于成本壓力，攪拌站在選擇、采購機(jī)制砂時(shí)主要考慮的是價(jià)格，而不是品質(zhì)；三是加工工藝和加工設(shè)備因素，大多數(shù)礦山企業(yè)和設(shè)備廠家不能根據(jù)巖石的巖性特征、解理面狀況、強(qiáng)度和硬度等特性來進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)和設(shè)備組合選型；四是母巖品種和質(zhì)量的影響，巖石在大自然的造巖運(yùn)動(dòng)中形成，母巖的發(fā)育程度和風(fēng)化程度千差萬別，并不是所有的巖石都適合做骨料，特別做機(jī)制砂，母巖質(zhì)量是影響機(jī)制砂石質(zhì)量的最根本原因。

2 產(chǎn)生劣質(zhì)機(jī)制砂的原因

2.1 監(jiān)管制度、控制手段缺失

職能部門沒有將機(jī)制砂石作為工業(yè)產(chǎn)品，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量缺乏監(jiān)管。砂石礦山企業(yè)和加工企業(yè)沒有質(zhì)量控制理念、制度、工序、抽樣、檢驗(yàn)等手段，砂石礦山的采礦權(quán)證、安全、環(huán)保、林業(yè)等有人嚴(yán)管，唯獨(dú)質(zhì)量沒人管，可以說99%以上的砂石開采和加工企業(yè)沒有設(shè)立技術(shù)部或試驗(yàn)室。

2.2 價(jià)格因素的影響

在當(dāng)前天然砂石奇缺價(jià)高，正品機(jī)制砂石供應(yīng)青黃不接的情況下，在砂石資源缺乏但需求量大的區(qū)域，大多數(shù)攪拌站在以“雜燴砂”的形式進(jìn)行混凝土生產(chǎn)，而“雜燴砂”的組成則相當(dāng)混亂，通常由能夠采購到的各種形態(tài)的砂狀物以注重節(jié)約成本的形式雜燴組成，通過這種大雜燴，混凝土成本僅砂這一項(xiàng)就可節(jié)約大量成本，有混凝土企業(yè)通過“雜燴砂”將混凝土成本最多降幅達(dá)到40元/m，因此“雜燴砂”的市場(chǎng)動(dòng)力很大。

砂石貴1元，混凝土成本漲2元，質(zhì)量好的砂價(jià)格自然高些，卻爭不過價(jià)格低的雜燴砂。一個(gè)地區(qū)預(yù)拌砼量是固定的，基本上是低成本競爭態(tài)勢(shì)，形成好砂用不起，雜燴砂盛行的局面。2018-2019年天然砂與機(jī)制砂的價(jià)差大約在60元/噸左右，每方混凝土用砂量按800kg計(jì)，用天然砂比用機(jī)制砂的混凝土成本高出48元/m，這48元/m的差價(jià)，除了部分指定用天然砂的重點(diǎn)工程能消化部分成本外，其余都得由攪拌站自己買單，在本來就利薄的混凝土行業(yè)，攪拌站根本就承受不起，因此，天然砂可以說是有價(jià)無市。曾經(jīng)有人向攪拌站推銷價(jià)格稍高的精品機(jī)制砂，攪拌站通常以一句“成本沒法消化，用不起”予以回絕，這更從需求端助長了劣質(zhì)機(jī)制砂的盛行，即所謂劣幣驅(qū)逐良幣。

2.3 加工工藝和加工設(shè)備選型的影響

由工藝來定設(shè)備，還是由設(shè)備來定工藝，這個(gè)一直有爭議。我認(rèn)為應(yīng)根據(jù)母巖特性先定工藝，再根據(jù)工藝路線選設(shè)備，關(guān)鍵還要解決機(jī)制砂的“在線監(jiān)測(cè)”問題，只有在線監(jiān)測(cè)這一關(guān)攻克了，才能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)工藝流程。

采用變頻破碎和多級(jí)篩分技術(shù)，可以得到任意級(jí)配曲線的機(jī)制砂；通過工藝調(diào)整可使級(jí)配曲線長期穩(wěn)定；礦物晶體受力后沿一定方向破裂并產(chǎn)生光滑平面的性質(zhì)稱為解理；巖石在自然條件下形成的裂紋或裂縫稱為節(jié)理；巖體受力或因變質(zhì)作用產(chǎn)生并沿著一定方向大致成平行排列的致密的裂隙或面狀構(gòu)造稱為劈理；由于應(yīng)力作用下的機(jī)械破壞使巖體喪失其連續(xù)性和完整性稱為斷裂，斷裂包括裂隙、節(jié)理和斷層等；在巖石形成過程中產(chǎn)生的，由物質(zhì)成分、顆粒大小、顏色、結(jié)構(gòu)構(gòu)造等的差異而表現(xiàn)出的巖石成層構(gòu)造稱為層理。

不同巖石有不同的解理面，巖石受力首先沿解理面破裂，同種巖石采用不同破碎方式的針片狀含量不同；石料做扁易做圓難；2.5—10mm的骨料很難破碎做細(xì)（超細(xì)碎），俗稱“鉆石王老五”，因此，工藝設(shè)計(jì)和設(shè)備選型對(duì)機(jī)制砂的質(zhì)量非常重要。

2.4 母巖品種和質(zhì)量的影響

機(jī)制砂石看似簡單，但因其母巖具有復(fù)雜的微觀巖相結(jié)構(gòu)、發(fā)育程度與風(fēng)化程度有差別、雜質(zhì)含量等的不確定性，使其變得不再簡單。主要表現(xiàn)在：不完全惰性、強(qiáng)吸附性、有害雜質(zhì)成分復(fù)雜等。

2.4.1母巖質(zhì)量基本檢測(cè)項(xiàng)

①母巖質(zhì)量指標(biāo)：飽和極限抗壓強(qiáng)度，自由吸水率，彈性模量、膨脹性，凍融循環(huán)強(qiáng)度/質(zhì)量損失率，有害物質(zhì)含量，安定性（堿活性/氧化活性），放射性。

②母巖加工性能指標(biāo)：（軋制性能試驗(yàn)）核算產(chǎn)率、能耗、磨耗、顆粒級(jí)配、粒形、針片狀顆粒含量、石粉含量等。

③混凝土性能試配：機(jī)制砂混凝土性能試驗(yàn)（工作性能、力學(xué)性能、耐久性能、勻質(zhì)性能）。

2.4.2涉及重要指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)改進(jìn)建議

涉及工民建的建設(shè)用砂標(biāo)準(zhǔn)GB/T14684、GB/T14685、JGJ52等，已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)前砂石質(zhì)量控制要求，主要體現(xiàn)在：標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)較寬泛、指標(biāo)參數(shù)有缺項(xiàng)、檢測(cè)設(shè)備不夠精準(zhǔn)。

粒型：理想粒型是球體或立方體，骨料顆粒中存在很多不規(guī)則顆粒（不園不正）。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的是針片狀含量，檢測(cè)方法是手工比對(duì)，而針狀和片狀只是骨料顆粒中非常極端的不規(guī)則形狀，還有更多表現(xiàn)不極端的不規(guī)則顆粒，因此針片狀含量指標(biāo)有點(diǎn)以偏概全。英國標(biāo)準(zhǔn)BS812規(guī)定了棱角系數(shù)可以借鑒。

石粉含量（吸附性指標(biāo)）：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定0.075mm以下的石粉視為含泥，實(shí)際上0.15mm以下的石粉含量一般含量很高，且對(duì)混凝土性能影響很大，配合比設(shè)計(jì)中，0.075mm以下的可以作膠凝材料用內(nèi)摻法，0.15mm以下的可以作填充料用外摻法。

吸水性：因大多數(shù)巖石本身不飽水、存在加工裂隙、或多或少含粘土成分，導(dǎo)致機(jī)制砂石吸水率偏大，因此，有必要規(guī)定需水量比。

堅(jiān)固性（壓碎值、硫酸鈉溶液5次循環(huán)質(zhì)量損失率）：國標(biāo)與行標(biāo)對(duì)機(jī)制砂的壓碎值規(guī)定有差別，國標(biāo)取單級(jí)最大壓碎指標(biāo)，行標(biāo)取加權(quán)平均壓碎指標(biāo)。

有害雜質(zhì)：云母、輕物質(zhì)、硫化物及硫酸鹽、有機(jī)物。

軟弱顆粒含量：軟弱顆粒指在147-333N的靜壓力下能壓碎的顆粒，或其硬度低于洛氏硬度為B65-B75的銅棒刻出痕紋者。主要由原巖巖層中的軟弱夾層、次生膠結(jié)的巖脈（鈣質(zhì)或硅質(zhì)）等組成，在開采作業(yè)中不可能分離這些原巖的軟弱成分，它們一起進(jìn)入機(jī)械盤絲洞加工作業(yè)中。構(gòu)成軟弱顆粒的組成部分。軟弱顆粒不僅導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度損失，而且是混凝土耐久性的缺陷空間。當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)沒有此指標(biāo)要求。

骨料的安定性指標(biāo)：鋼渣骨料、過燒石灰顆粒、膨脹性粘土礦物、氧化活性骨料、堿活性骨料等導(dǎo)致骨料存在安定性不良問題，當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定。

分計(jì)篩余級(jí)配曲線：比老的累計(jì)篩余級(jí)配曲線直觀，有利于實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控。

2.4.3 母巖品種

巖石大致可以分為三大類：巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖。由于地球內(nèi)部高溫液態(tài)物質(zhì)冷卻和結(jié)晶而形成的巖石稱為巖漿巖，也叫火成巖，常見的巖漿巖品種有花崗巖、橄欖巖、玄武巖、安山巖、流紋巖；由各種不同的沉積物所形成的巖石稱為沉積巖，也叫水成巖，常見的沉積巖有礫巖、砂巖、粉砂巖、碳酸鹽巖、碎屑巖；由于巖漿中沉積巖在高溫或高壓影響下，地球內(nèi)部產(chǎn)生劇烈變化所生成的巖石稱為變質(zhì)巖，常見的變質(zhì)巖有板巖類、千枚巖類、片巖類、片麻巖類、長英質(zhì)粒巖類、石英巖類、斜長角閃巖類、麻粒巖類、鐵鎂質(zhì)暗色巖類、榴輝巖類、大理巖類、矽卡巖類、角巖類、動(dòng)力變質(zhì)巖類、氣液變質(zhì)巖類、混合巖類等。

機(jī)制砂對(duì)混凝土性能的影響大多體現(xiàn)在：需水量高、對(duì)外加劑吸附性強(qiáng)使外加劑用量增加甚至失效、堅(jiān)固性差、含軟弱顆粒、含膨脹性粘土礦物、含氧化活性礦物（如黃鐵礦、磁黃鐵礦等）、含堿活性骨料、含泥土及雜質(zhì)等方面。機(jī)制砂的這些特性直接影響混凝土的工作性能、力學(xué)性能和耐久性能。堅(jiān)固性差、軟弱顆粒多、膨脹性粘土礦物和活性礦物等對(duì)混凝土的影響甚至是致命的。

2.4.4 吸水性和對(duì)外加劑的吸附性：大多數(shù)巖石本身不是常年處在飽水狀態(tài)環(huán)境中，加工成機(jī)制砂后，由于比表面積增大、顆粒存在加工裂縫，且或多或少存在粘土成分，因此機(jī)制砂的需水量相對(duì)于天然砂要高，同時(shí)對(duì)外加劑具有一定的吸附性，吸水率大的超過機(jī)制砂質(zhì)量的5%（相當(dāng)于每方混凝土中砂的吸水量達(dá)到約40kg），對(duì)外加劑吸附性大的能達(dá)到機(jī)制砂質(zhì)量的1.5-2.0%（相當(dāng)于每方混凝土中砂對(duì)外加劑的吸附量達(dá)到約12-16kg）。

2.4.5 堅(jiān)固性差和含軟弱顆粒：巖石中的風(fēng)化現(xiàn)象無處不在，只是風(fēng)化程度不同而已。強(qiáng)風(fēng)化的硬質(zhì)巖，甚至未風(fēng)化~微風(fēng)化的頁巖、泥巖、泥質(zhì)砂巖等都存在堅(jiān)固性差和含軟弱顆粒多等現(xiàn)象，在硬化混凝土中這些軟弱顆粒可能被雨水或潮濕空氣溶蝕，留下縫隙孔洞，同時(shí)大量的軟弱顆粒若富集一處，容易引起應(yīng)力集中，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效。

2.4.6 膨脹性粘土礦物：如蒙脫石、斑脫石、高嶺土等風(fēng)化礦物成分，吸水后體積膨脹幾倍到幾十倍，使硬化混凝土脹裂、剝離、脫落，破壞混凝土結(jié)構(gòu)。

2.4.7 黃鐵礦、磁黃鐵礦等活性礦物：兩者都是鐵的硫化物，當(dāng)硫化鐵暴露在水和氧氣中時(shí)，常溫下硫化鐵不會(huì)氧化，但其中若含有不穩(wěn)定態(tài)硫化亞鐵（一般而言，對(duì)于天然黃鐵礦，硫與鐵在化合過程中有可能偏離理想狀態(tài)，硫偏離理想狀態(tài)的量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）通常在1.93%以下，相當(dāng)于FeS2變?yōu)镕eS2-x,x≤0.07），這種不穩(wěn)定態(tài)硫化亞鐵在有空氣的潮濕環(huán)境中，會(huì)逐步氧化形成硫酸亞鐵，二價(jià)鐵具有強(qiáng)還原性，能被繼續(xù)氧化形成硫酸鐵礦物，在堿性環(huán)境中硫酸鐵水解為氫氧化鐵，在干燥環(huán)境下，氫氧化鐵失水形成三氧化二鐵（鐵銹），體積膨脹。

若用含黃鐵礦或磁黃鐵礦（其中含不穩(wěn)定態(tài)硫化亞鐵）的母巖制作骨料，當(dāng)水和空氣（氧氣）通過裂縫和孔洞進(jìn)入混凝土中時(shí)，在混凝土的堿性環(huán)境中，骨料中的硫化亞鐵就會(huì)被氧化，生成氫氧化鐵，在環(huán)境干燥時(shí)，氫氧化鐵失水形成三氧化二鐵，體積膨脹4倍，使混凝土鼓包、爆裂、脫落，并在混凝土表面留下難看的色斑，硫化亞鐵在混凝土中的氧化反應(yīng)須滿足四個(gè)條件：溫度、濕度、空氣、約束，當(dāng)切斷其中1-2個(gè)條件氧化反應(yīng)終止。這四個(gè)條件也是黃鐵礦骨料混凝土鼓包修補(bǔ)的依據(jù)。

2.5 不適合做機(jī)制砂的巖石種類

見表1和表2。

表 1 按強(qiáng)度分類適合和不適合做機(jī)制砂的巖石種類

注：表1中巖石強(qiáng)度分類來自GB/T50266，但實(shí)際操作中強(qiáng)度值30MPa要適當(dāng)提高。

表 2 按硬度分類適合和不適合做機(jī)制砂的巖石種類

3 劣質(zhì)機(jī)制砂的幾種類別

3.1 嚴(yán)重風(fēng)化類：

巖石在太陽輻射、大氣、水和生物作用下出現(xiàn)破碎、酥松及礦物成分次生變化的現(xiàn)象，稱為風(fēng)化，一般有物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化、生物風(fēng)化三類。這里指強(qiáng)風(fēng)化后的硬質(zhì)巖石生產(chǎn)的機(jī)制砂，這種砂堅(jiān)固性差、需水量大、與水泥漿體的粘結(jié)性差，生產(chǎn)的混凝土各項(xiàng)性能指標(biāo)差。

3.2 粘土礦物類：

組成粘土巖和土壤的主要礦物，是一些含鋁、鎂等為主的硅酸鹽礦物，一般具有層狀結(jié)構(gòu)，具有吸水性和離子交換性。對(duì)機(jī)制砂危害較大的幾類粘土礦物主要有：蒙脫石、斑脫石、高嶺石等。

3.2.1 蒙脫石：由顆粒極細(xì)的含水鋁硅酸鹽構(gòu)成的層狀礦物，也稱膠嶺石、微晶高嶺石，由火山凝結(jié)巖等火成巖在堿性環(huán)境中風(fēng)化蝕變而成，是膨潤土的主要組成部分，白色，有時(shí)微帶紅色或綠色。吸水性很強(qiáng)，吸水后體積膨脹幾倍至十幾倍，具有很強(qiáng)的吸附性和陽離子交換性能。

3.2.2 斑脫石：別名膨潤土、膨土巖。一種以蒙脫石為主要成分的細(xì)粒粘土，含少量長石、石英、貝得石、方解石及火山碎屑粉。具有強(qiáng)吸水性，吸水后體積膨脹10-30倍。

3.2.3 高嶺石：一種含羥基的硅酸鋁礦物，以極微小的微晶或隱晶存在的致密塊狀。高嶺石是長石和云母等鋁硅酸鹽的低溫?zé)嵋何g變和次生風(fēng)化的產(chǎn)物，常見于巖漿巖和變質(zhì)巖的風(fēng)化殼中，具極完全解理，干燥時(shí)具吸水性，但不膨脹。

3.3 含有害雜質(zhì)類：

包括有機(jī)物、頁巖、石膏、氧化鐵、煤、輕物質(zhì)顆粒、軟弱顆粒、云母、硫化物及硫酸鹽、氯離子等，這類雜質(zhì)對(duì)混凝土強(qiáng)度和耐久性極其不利。如有機(jī)物大多是植物腐爛的產(chǎn)物，能使混凝土早期強(qiáng)度大幅度降低；頁巖抗風(fēng)化能力弱，最經(jīng)不起凍融循環(huán)破壞；骨料中的石膏有潛在硫酸鹽侵蝕及TSA侵蝕；氧化鐵雜質(zhì)若露在混凝土表面會(huì)留下難看的色斑；煤質(zhì)顆粒的吸附性大沒有強(qiáng)度，溶蝕后會(huì)留下孔洞；輕物質(zhì)顆粒包括植物根莖、植物纖維等，若存在混凝土表面會(huì)留下孔洞色斑；軟弱顆粒會(huì)導(dǎo)致混凝土破碎、強(qiáng)度下降、耐久性下降、耐磨性下降，還可能在攪拌中破碎，增加用水量。

3.4 含活性物質(zhì)類：

鋼渣骨料中的游離氧化鈣、游離氧化鎂；廢棄石灰場(chǎng)的廢渣中的過燒石灰顆粒；黃鐵礦和磁黃鐵礦（硫化亞鐵）、堿活性骨料等，這些活性成分會(huì)在混凝土硬化后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)生成物體積膨脹對(duì)混凝土造成破壞。

3.5 含泥量超標(biāo)類：

母巖生成帶覆蓋土過厚、夾層土豐富，巖石不成整塊，分散在土壤中，采礦就像土中選石，這樣的巖層最適合做水穩(wěn)層，即使采用濕法（水洗）生產(chǎn)，機(jī)制砂含泥量、泥塊含量一樣超標(biāo)。泥及泥塊能降低混凝土和易性、對(duì)混凝土的抗壓、抗裂、抗折、抗?jié)B、抗凍、彈性模量、收縮等都有影響，混凝土強(qiáng)度越高影響越大，泥塊溶蝕后會(huì)在硬化混凝土表面留下鱗狀孔洞影響耐久性，攪拌過程中泥塊破碎增加用水量。

3.6 不規(guī)則粒型類：

破碎工藝和設(shè)備選型不合理，一般小型礦山簡單采用粗破和細(xì)破兩級(jí)破碎工藝，沒有設(shè)計(jì)整形工序，如鄂破+圓錐破，這個(gè)二級(jí)破碎工藝組合對(duì)多數(shù)巖石種類生產(chǎn)的砂石產(chǎn)品不規(guī)則顆粒多。精品機(jī)制砂生產(chǎn)一般至少采用粗破+細(xì)破+超細(xì)破（整形）三級(jí)破碎工藝，加多級(jí)篩分工藝。破碎工藝和設(shè)備的組合形式應(yīng)根據(jù)巖石的特性、解理、強(qiáng)度、硬度等來選配。

3.7 級(jí)配斷檔類：

砂中的顆粒粒徑分布不均勻不連續(xù)，呈“兩頭多中間少”狀態(tài)，如石屑、某些篩分不徹底的天然砂、不經(jīng)過破碎篩分加工的山砂、濕法生產(chǎn)水洗過程中將0.315mm以下顆粒沖洗掉了，只留下0.315以上部分的機(jī)制砂等，這種級(jí)配斷檔型砂配制的混凝土和易性不好，容易離析，且通常砂率會(huì)很高，必須加入部分特細(xì)砂或調(diào)整摻合料粉料用量以彌補(bǔ)砂中的細(xì)顆粒斷檔空隙。

3.8 母巖放射性超標(biāo)類。

4 低品質(zhì)天然砂

自2019年下半年起，湖南省逐步放開河道天然砂石開采，年采挖指標(biāo)約8000萬噸，當(dāng)前開放的五大采區(qū)采挖的基本上都是沙洲砂和深埋砂。沙洲砂和深埋砂的缺點(diǎn)是含泥量高、泥塊含量高、雜質(zhì)多、級(jí)配差、砂石比例失調(diào)等，某些采區(qū)砂含量低到不足20%，絕大多數(shù)是卵石，其中6-9（cm）坨占30-40%，必須經(jīng)過再加工才能作骨料。

當(dāng)前天然砂開采存在的問題：市場(chǎng)競爭趨烈、價(jià)格及稅票不統(tǒng)一、中轉(zhuǎn)過駁設(shè)點(diǎn)過少且不合理、船艙核載計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、吸挖篩分沖洗工藝與沙洲砂和深埋砂的砂卵石層構(gòu)造特點(diǎn)不相適應(yīng)、資源費(fèi)沒有明確定價(jià)、地方保護(hù)過閘不通暢、沒有質(zhì)量過程控制和出廠檢驗(yàn)手段、超深吸挖（土層30米+采砂層30米）沒有對(duì)河堤河床的恢復(fù)提出保護(hù)措施。

5 部分機(jī)制砂現(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn)

5.1 機(jī)制砂與風(fēng)化砂配制混凝土的需水量和強(qiáng)度差別

見表3。

表3 機(jī)制砂和風(fēng)化砂配制混凝土需水量和強(qiáng)度變化

5.2 不同品種機(jī)制砂和碎石對(duì)外加劑摻量的影響

選取不同產(chǎn)地不同品種、不同風(fēng)化程度的機(jī)制砂和碎石，進(jìn)行混凝土試配，測(cè)定坍落度、擴(kuò)展度及損失，觀察拌合物工作性能的變化，發(fā)現(xiàn)含泥量高、含粘土成分的機(jī)制砂和碎石比合格機(jī)制砂和碎石的外加劑摻量高出2-4倍，且砂的影響比石的影響大。見表4。

表4 不同機(jī)制砂、碎石配制混凝土對(duì)外加劑摻量的影響

5.3 不合格母巖制砂，砂的缺點(diǎn)及對(duì)混凝土的影響

某礦山母巖為半風(fēng)化斑晶狀花崗巖，存在以下缺點(diǎn)：

（1）花崗巖母巖晶粒粗大、晶粒間結(jié)合力弱、母巖整體強(qiáng)度低；

（2）半風(fēng)化長石含量高，長石本身強(qiáng)度較低易風(fēng)化；

（3）黑、白云母含量高，其中的偉晶礦脈中的云母含量超過6%；

（4）整條礦脈至少有三分之一呈半風(fēng)化狀態(tài)，粘土礦物多；

（5）制成的機(jī)制砂壓碎值高、吸水率高、對(duì)外加劑吸附性大、配制的混凝土拌合物泌水、不掛漿、即使加大外加劑摻量，對(duì)坍落度也提升不大而且損失快。配制的混凝土強(qiáng)度損失大，與合格機(jī)制砂按1:1搭配使用，配制的混凝土強(qiáng)度比基準(zhǔn)低30%左右。

6 不良母巖實(shí)物照片

（母巖照片經(jīng)地質(zhì)學(xué)專家譚建農(nóng)教授級(jí)高工審核，特別感謝?。?/p>

 

高嶺土夾層

全風(fēng)化狀

 

 

 

 

 

 

 

 

含碳泥質(zhì)巖石制砂，手搓即碎

精品骨料

 

 

 

 

 

薄層瘤狀泥質(zhì)灰?guī)r

石灰?guī)r溶蝕裂縫中充填的泥質(zhì)物

石粉含量高的機(jī)制砂

 

 

 

砼表面活性骨料爆裂（黃鐵礦氧化反應(yīng)）

 

7 由劣質(zhì)骨料質(zhì)量差引起的混凝土質(zhì)量事故

7.1 黃鐵礦碎石引起的混凝土表面鼓包爆裂脫落事故

2018年10月～2019年2月，由于砂石供應(yīng)緊張，某攪拌站在不知情的情況下，采購了小批量的含黃鐵礦碎石，每天進(jìn)貨量100噸左右，與其他碎石按1:3搭配使用，在2019年夏天發(fā)現(xiàn)那段時(shí)間澆筑的混凝土墻柱梁板混凝土表面出現(xiàn)鼓包爆裂脫落現(xiàn)象，爆點(diǎn)直徑2-8cm，深度1-3cm，爆點(diǎn)中心有棕褐色粉末。經(jīng)檢測(cè)實(shí)體強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，經(jīng)巖礦分析發(fā)現(xiàn)粗骨料細(xì)砂巖中含有黃鐵礦（含量2-3%），見表5，化學(xué)分析（XRF）發(fā)現(xiàn)爆點(diǎn)骨料中的全氧化鐵（三氧化二鐵+氧化亞鐵）含量高達(dá)19%，個(gè)別點(diǎn)硫含量達(dá)6-8%，這就是黃鐵礦中的硫化亞鐵氧化反應(yīng)的產(chǎn)物。

表5 巖礦鑒定原始記錄

 

7.2 風(fēng)化砂引起的混凝土強(qiáng)度嚴(yán)重偏低事故

某項(xiàng)目2017年11月～2018年5月澆筑混凝土，4月底在例行抽查中發(fā)現(xiàn)混凝土強(qiáng)度偏低，至5月2日停工時(shí)，主體結(jié)構(gòu)已施工至地上2層（局部地上3層）。

2018年11月某大學(xué)檢測(cè)報(bào)告結(jié)果如表1、表2：

表6 負(fù)2層C40框架柱回彈統(tǒng)計(jì)結(jié)果

表 7 負(fù) 1 層 C40 框架柱回彈統(tǒng)計(jì)結(jié)果

總結(jié)：表1表2中，負(fù)2層、負(fù)1層共800根框架柱，抽查379根，回彈強(qiáng)度滿足C40要求的7根，合格率1.8%，達(dá)到C35以上的21根，占5.5%，達(dá)到C30以上的50根，占13.2%，C30以下的占79.5%。

2019年1月某科研院復(fù)查檢測(cè)報(bào)告結(jié)果如表8、表9、表10：

表8 負(fù)2層、負(fù)1層、1層C40框架柱、底板混凝土芯樣強(qiáng)度

表8中，負(fù)2、負(fù)1和1層C40框架柱、底板混凝土抽取36組芯樣，強(qiáng)度滿足C40的0組，達(dá)到C35以上的0組，達(dá)到C30的1組，C30以下的占91.7%。

表9 負(fù)2層、負(fù)1層、1層C35框架柱、框架梁混凝土芯樣強(qiáng)度

表9 中，負(fù)2層、負(fù)1層、1層C35 框架柱、框架梁混凝土抽取19組芯樣，強(qiáng)度滿足C35 的1組，達(dá)到C30的0 組，C30以下的占 94.7%。

表10 負(fù) 2 層、負(fù) 1 層、1 層 C30 框架梁混凝土芯樣強(qiáng)度

表10 中，負(fù)2 層、負(fù)1 層、1層 C30 框架梁混凝土抽取 3 組芯樣，強(qiáng)度全部低于 C15。

從兩次檢測(cè)看，結(jié)果非常不理想。經(jīng)查詢攪拌站試驗(yàn)室資料、生產(chǎn)記錄和原材料進(jìn)貨記錄，對(duì)破碎芯樣中的骨料和漿體進(jìn)行檢測(cè)分析，同時(shí)查詢了周邊其他兄弟攪拌站同期同廠家同型號(hào)原材料記錄，及了解到的施工單位現(xiàn)場(chǎng)操作情況，分析如下：

A、原材料質(zhì)量問題：

1、山砂質(zhì)量：風(fēng)化成分多水洗不充分、云母含量高、堅(jiān)固性差、含泥量大、級(jí)配差、粒型差。

2、礦粉質(zhì)量：有摻假礦粉在使用，燒失量大、活性低。

3、外加劑質(zhì)量：減水率低，骨料吸水性大，攪拌樓為了達(dá)到大坍落度，手動(dòng)補(bǔ)水。

4、粗骨料質(zhì)量：從芯樣看，粗骨料中有卵石和碎石，有黑色、黃色和褐色，黑色為灰?guī)r、黃色為泥、褐色為風(fēng)化白云石。

B、施工操作原因：

1、有現(xiàn)場(chǎng)加水現(xiàn)象，導(dǎo)致水膠比增大，入模拌合物接近離析臨界點(diǎn)，強(qiáng)度低、碳化深度大（達(dá)6mm）；

2、有待卸時(shí)間過長現(xiàn)象,混凝土接近初凝，導(dǎo)致強(qiáng)度低、結(jié)構(gòu)疏松；

3、超高卸料，5m左右高度，沒有分層澆筑，一次性下料沒設(shè)溜槽或?qū)Ч?，下料高度大?m，箍筋又密，拌合物落下碰到箍筋，相當(dāng)于過了一道篩，導(dǎo)致漿骨分離、勻質(zhì)性差，強(qiáng)度低；

4、有過振現(xiàn)象，振動(dòng)棒放在混凝土拌合物中，相當(dāng)一段時(shí)間無人看管，導(dǎo)致離析，勻質(zhì)性差；

5、無有效養(yǎng)護(hù)措施，導(dǎo)致水化反應(yīng)過程發(fā)展差，強(qiáng)度低。

C、實(shí)體混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)問題：

1、混凝土實(shí)體勻質(zhì)性差，有些芯樣看不到粗骨料，有雜物及離析現(xiàn)象，氣孔多，結(jié)構(gòu)酥松；

2、從芯樣破碎面可以看到很多云母，閃閃發(fā)亮，大的云母面積約有4mm，均勻分布在混凝土中的云母沒有強(qiáng)度，一旦受力云母表面就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，首先破壞；

3、從破碎芯樣看，漿體與骨料表面的粘接力不足，強(qiáng)度高的粗骨料破壞面沿骨料表面與漿體分離，破壞面中留有很多光滑的粗骨料剝離的孔洞；

4、混凝土中膠砂體的強(qiáng)度偏低，這是混凝土強(qiáng)度低的最主要原因，主要由山砂質(zhì)量差引發(fā)，加上水膠比偏大、勻質(zhì)性差、施工操作不規(guī)范、養(yǎng)護(hù)不規(guī)范等因素累積，導(dǎo)致整體強(qiáng)度大面積偏低。

8 結(jié)束語

造成劣質(zhì)機(jī)制砂的關(guān)鍵原因是母巖質(zhì)量差，其次是加工工藝、加工設(shè)備不合理、以及監(jiān)管制度和檢驗(yàn)控制手段缺失等。近三年以來，因砂石質(zhì)量原因造成的混凝土質(zhì)量事故呈上升趨勢(shì)。因此，無論職能部門、還是投資礦山砂石加工生產(chǎn)者、以及砂石用戶等都應(yīng)高度重視母巖質(zhì)量，在設(shè)立礦權(quán)、投資礦山建設(shè)、采購砂石材料之前，須對(duì)母巖質(zhì)量進(jìn)行全面的分析檢驗(yàn)，并須進(jìn)行混凝土試配試驗(yàn)，以確保砂石產(chǎn)品質(zhì)量滿足混凝土工作性能、力學(xué)性能、耐久性能要求，牢記百年大計(jì)始于基礎(chǔ)。

【作者簡介】

宋笑，教授級(jí)高級(jí)工程師，從事混凝土及骨料行業(yè)技術(shù)工作近30年。

來源：中國知網(wǎng)